Summary
שיטת phenotyping כבידתית זו, טלמטרית, שלם, בעלת תפוקה גבוהה, מאפשרת מדידות ישירות ובו-זמנית בזמן אמת, כמו גם ניתוח של תכונות פיזיולוגיות מרובות הקשורות לתפוקה הכרוכות באינטראקציות דינמיות בין הצמח לסביבת הצמח.
Abstract
ביטחון המזון עבור האוכלוסייה העולמית הגדלה הוא דאגה גדולה. הנתונים המסופקים על ידי כלים גנומיים עולים בהרבה על אספקת הנתונים הפנוטיים, ויוצרים פער ידע. כדי לעמוד באתגר של שיפור היבולים כדי להאכיל את האוכלוסייה העולמית הגדלה, יש לגשר על הפער הזה.
תכונות פיזיולוגיות נחשבות תכונות פונקציונליות מפתח בהקשר של תגובתיות או רגישות לתנאים סביבתיים. רבים הציגו לאחרונה תפוקה גבוהה (HTP) phenotyping טכניקות מבוססות על חישה מרחוק או הדמיה והם מסוגלים ישירות מדידה תכונות מורפולוגיות, אבל למדוד פרמטרים פיזיולוגיים בעיקר בעקיפין.
מאמר זה מתאר שיטה phenotyping פיזיולוגי ישיר שיש לו מספר יתרונות עבור phenotyping פונקציונלי של אינטראקציות בין הצמח לסביבה. היא מסייעת למשתמשים להתגבר על האתגרים הרבים שנתקלו בהם בשימוש במערכות כבידתיות של תאי עומס ותנסווצי חשיש. הטכניקות המוצעות יאפשרו למשתמשים להבחין בין משקל הקרקע, משקל הצמח ותכני מי הקרקע, תוך מתן שיטה למדידה רציפה בו זמנית של תנאי קרקע, צמח ואטמוספירה דינמיים, לצד מדידה של תכונות פיזיולוגיות מרכזיות. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקות מקרוב תרחישי מתח שדה תוך התחשבות השפעות הסביבה על הפיזיולוגיה של הצמחים. שיטה זו גם ממזערת את השפעות סיר, אשר הן אחת הבעיות העיקריות phenotyping טרום שדה. הוא כולל מערכת תסיסה הזנה בחזרה המאפשרת עיצוב ניסיוני אקראי באמת בצפיפות צמח כמו שדה. מערכת זו מזהה את סף הגבלת תכולת מי הקרקע ומאפשרת תרגום נתונים לידע באמצעות שימוש בכלי אנליטי בזמן אמת ומשאב סטטיסטי מקוון. שיטה זו למדידה מהירה וישירה של התגובות הפיזיולוגיות של צמחים מרובים לסביבה דינמית יש פוטנציאל גדול לשימוש בהקרנה עבור תכונות מועילות הקשורות לתגובות ללחץ abiotic, בהקשר של רבייה טרום שדה ושיפור היבול.
Introduction
הבטחת ביטחון המזון לאוכלוסייה גלובלית הולכת וגדלה בתנאים סביבתיים מידרדרים היא כיום אחתהמטרות העיקריות של מחקר החקלאות 1,,2,,3. הזמינות של כלים מולקולריים חדשים שיפרה מאוד את תוכניות שיפור היבול. עם זאת, בעוד כלים גנומיים מספקים כמות עצומה של נתונים, ההבנה המוגבלת של תכונות פנוטיפיק בפועל יוצרת פער ידע משמעותי. גישור על פער זה הוא אחד האתגרים הגדולים ביותר העומדים בפני מדע הצמחהמודרני 4,5,6. כדי לעמוד באתגרים המתעוררים בתהליך של שיפור היבול ולמזער את פער הידע של הגנוטיפ-פנוטיפ, עלינו לאזן את הגישה הגנוטיפית עםפנוצנטרית אחת 7,,8.
לאחרונה, פלטפורמות phenotyping בתפוקה גבוהה שונות (HTP) אפשרו phenotyping לא מפוזר של אוכלוסיות צמחים גדולותלאורךזמן פלטפורמות אלה עשויים לעזור לנו להפחית את פער הידע גנוטיפ-פנוטיפ 6,88,9,10. טכניקות ההקרנה HTP מאפשרות מדידה של תכונות במספרים מסיביים של צמחים בתוך פרק זמן קצר יחסית, הודות רובוטיקה ומסועים או גאנטים המשמשים להזיז את הצמחים או חיישנים (בהתאמה), בניגוד לטכניקות המופעלות ביד המבוססות על חילופי גז או צילום. עם זאת, כמויות הנתונים העצומות המיוצרות על ידי מערכות HTP מציגות אתגרים נוספים לטיפול בנתוניםואנליטיים 11,12.
רוב פלטפורמות HTP אלה כרוכות בהערכה של תכונות פנוטיפיק באמצעות חיישנים אלקטרוניים או רכישת תמונהאוטומטית 13,14. פנומיות שדה מתקדמות כרוכות בפריסה של חיישנים פרוקסימליים וטכנולוגיות הדמיה בתחום, כמו גם ברזולוציה גבוהה, בהיקף אוכלוסייה מדויק וגדולשל מדידה 15. יש לשלב נתוני חיישנים ותמונה עם נתונים אחרים של ריבוי אומיקה כדי ליצור גישה פנומית הוליסטית מהדור השני16. עם זאת, התקדמות מתודולוגית ברכישת נתונים, טיפול ועיבוד הופכים להיות חשובים יותר ויותר, כמו האתגרים של תרגום מידע חיישן לידע כבר לזלזל באופן גס במהלך השנים הראשונות של מחקר פנומיקהצמח 13. עם זאת, האמינות והדיוק של טכניקות הדמיה הזמינות כיום עבור phenotyping מעמיק של אינטראקציות גנוטיפ דינמי-סביבה ותגובות מתח צמחהם מפוקפקים 17,18. יתר על כן, התוצאות של סביבות מבוקרות הן לעתים קרובות שונות מאוד מאלה שנצפו בתחום, במיוחד כשמדובר phenotyping בצורת-מתח. זאת בשל הבדלים במצב הצמחים חווים במונחים של נפח הקרקע, סביבת הקרקע ומכשול מכני בשל ירידה בלחות הקרקע במהלך מתח בצורת. לכן, קשה לשער תוצאות של סביבות מבוקרות לשדה19. לבסוף, מחיר הכניסה של מערכות HTP מבוססות תמונה הוא גבוה מאוד, לא רק בשל מחיר החיישנים, אלא גם בשל הרובוטיקה, מסועים וגאנטים, אשר דורשים גם סטנדרטים גבוהים יותר של תשתית מתקן צמיחה ותחזוקה משמעותית (חלקים נעים רבים עובדים בסביבת חממה).
בנייר זה, אנו מציגים פלטפורמת פנוטיפינג HTP-טלמטרי שנועד לפתור רבות מהבעיות שהוזכרו לעיל. טכנולוגיית טלמטריה מאפשרת מדידה אוטומטית והעברה של נתונים ממקורות מרוחקים לתחנת קליטה לצורך הקלטה וניתוח. כאן, אנו מדגימים פלטפורמה לא מרשימה של HTP-טלמטרי הכוללת מספר רב של חיישנים (מערכת כבידתית) וחיישנים סביבתיים. ניתן להשתמש במערכת זו עבור האיסוף וחישוב מיידי (ניתוח תמונה אינו נחוץ) של מגוון רחב של נתונים, כגון רווח ביומסה של צמח כולו, שיעורי טרנספיון, מוליכות סטומה, שטף שורש ויעילות שימוש במים (WUE). הניתוח בזמן אמת של הביג דאטה המוזן ישירות לתוכנה מהבקר במערכת מייצג צעד חשוב בתרגום נתוניםלידע 14 בעל ערך רב לקבלת החלטות מעשיות, ומרחיב באופן משמעותי את הידע שניתן לרכוש מניסויים מבוקרים בתחום הסביבה, בכלל, ומחקרי חממה של לחץ בצורת בפרט.
יתרונות נוספים של פלטפורמת הטלמטריה הם המדרגיות והקלות של ההתקנה שלה ודרישות התשתית המינימליות שלה למתקן צמיחה (כלומר, ניתן להתקין אותה בקלות ברוב מתקני הצמיחה). יתר על כן, מכיוון שלמערכת מבוססת חיישנים זו אין חלקים נעים, עלויות התחזוקה נמוכות יחסית, כולל הן מחיר הכניסה והן עלויות תחזוקה לטווח ארוך. לדוגמה, המחיר של מערכת כבידתית של 20 יחידות, כולל מערכת תסיסת משוב לכל צמח, תחנה מטאורולוגית ותוכנה, יהיה דומה למחיר של מערכת חילופי גז ניידת אחת של מותג מוביל.
אורז(Oryza sativa L.) שימש כיבול מודל ובצורת היה הטיפול שנבדקו. רייס נבחרה מנוצר גדול דגנים עם מגוון גנטי רחב וזה מזון בסיסי עבור יותר ממחצית האוכלוסייה בעולם20. בצורת היא גורם מתח סביבתי גדול העלים לפגוע בצמיחת הצמח ובהתפתחות, מה שמוביל לתפוקות יבול מופחתות21. שילוב זה של טיפול ביבול שימש להדגמות יכולות הפלטפורמה ואת כמות הנתונים ואיכות הנתונים שהיא יכולה לייצר. לקבלת מידע נוסף אודות הרקע התיאורטי עבור שיטה זו, ראה 22.
Protocol
בפרוטוקול זה, התייחסנו 4 סירים L נטען על 20 ס"מ x 20 ס"מ קשקשים, עם כל סיר המכיל צמח אחד. אותו פרוטוקול ניתן להרחבה בקלות וניתן להשתמש בו עם סירים הרבה יותר גדולים (עד 25 L נטען על 40 ס"מ x 40 ס"מ סולמות, עם רק התאמה ליניארית לאמצעי הפרוטוקול) וכמה צמחים לכל סיר. לכן הפרוטוקול יכול להיות מותאם בקלות עבור צמחים מסוגים וגדלים רבים. נא עיין בדמות 1 ולאור 2 עבור רכיבי המערכת.
1. להכין את הסירים לניסוי
- הכנס את מסנן הקרקע. מורחים את רשת הניילון (נטו) על הסיר כולו וממקמים את מחזיק הרשת מעל הרשת. ביד, לאט לדחוף את מחזיק הרשת בחצי הדרך למטה בתוך הסיר כולו. ודא כי הרשת נשארת מפוזרת באופן אחיד כפי שהוא נדחף למטה בין שני הסירים.
- הכנס את מקל פיברגלס (מוט) בין שני הסירים ולדחוף אותו כל הדרך עד לתחתית הסיר כולו, לוודא כי הוא בצד הרחוק של הרשת, כמו גם ולא לדחוף את הרשת.
- לפני דוחף את מחזיק הרשת כל הדרך למטה, לדחוף את הרשת למטה ביד מתוך הסיר ולהתאים אותו כך שהוא מפוזר באופן אחיד והדוק על החלק התחתון של הסיר פעם מחזיק הרשת הוכנס באופן מלא(איור 2CI).
- החלק את טבעת האטם מתחתית סיר להגדיר המתואר לעיל, שליש מהדרך במעלה הצד של הסיר. ודא כי החתךים של הטבעת לפתוח לכיוון החלק התחתון של הסיר(איור 2CII).
- חזור על שלבים 1.1-1.4 עבור כל הסירים הניסיוניים לפני שתמשיך לשלב הבא. אקראי את המיקום של הצמחים (איור 2D; או עיצוב בלוק אקראי או עיצוב אקראי לחלוטין) באמצעות היישום מערך Randomizer.
הערה: כדי להוריד את התוכנית ללא תשלום ולמידע נוסף, עיין בקישור: https://drive.google.com/open?id=1y4QbTpxRK5Lx430xzu1RFdrlcL8pz_1q). - תייגו את הסירים לפי מיקומם במערך שבתוך החממה. לדוגמה, התווית "B10D" מתאימה לסיר הממוקם בטבלה ב' בעמודה 10 ובשורה ד' הכן שלושה סירים נוספים עבור כל טבלה למדידות תוכן מי קרקע (ראה סעיף 7.1).
2. לגדל את הצמחים
- בחר את המדיום הגדל (עציצים) שמתאים ביותר לניסוי. בחירת המדיום הנכון לניסוי היא קריטית והבחירה הנכונה תלויה במספר גורמים (ראה דיון). עבור משתמשים בפעם הראשונה, אנו ממליצים בחום להשתמש נקבובי, קרמיקה, בינוני בגודל קטן. נא עיין בטבלה 1 וטבלה 2 לקבלת מידע נוסף כדי לסייע בבחירה המדיום הנכון עבור הניסוי.
- לנבט את הזרעים במגשי חלל עם מדיום עציצים הרצוי. במידת האפשר, עשה זאת בתוך אותה חממה כדי לשמש לחלק העיקרי של הניסוי, על מנת להתאים את הצמחים לתנאים הסביבתיים בתוך חממה זו.
- אם השתילים לא נבטו במגשים, השתלתם במגשי חלל המכילים את מדיום השתבע. לשתול שתיל אחד בכל חלל ולתת לו לגדול עד שורשיו צפופים מספיק כדי לקחת את הצורה של החלל (תקע שורש הקרקע).
- השאר 5-7 חללים ללא שתילים למדידות משקל הקרקע (רק עציצים בינוניים; איור 3). לקבלת מידע נוסף, ראה סעיף 5.9.
3. שפר את רמת האות לרעש
הערה: השלבים הבאים משפרים את איכות המידות ומפחיתים את רמות הרעש.
- כייל את הלימסיטר.
- השתמש ברמת רוח כדי לבדוק כי כל lysimeters הם ברמה ולאחר מכן להתחיל את תהליך כיול המשקל. השתמשו בשני משקולות סטנדרטיות (1-10 ק"ג). בצע את הכיול כאשר הגורם המכיל הירוק, כולל כל התקעים, נמצא בתא הטעינה.
- האפשרות לשים את משקל הכיול הראשון (בהיר) בכל תא טעינה.
- בתוכנה ההפעלה, עבור אל הכרטיסיה כיול ובחר את המשקל עבור הנקודה הראשונה. לאחר מכן, בחר את מיקום תא הטעינה שבו ממוקם המשקל ולחץ על קבל נקודה1 (איור משלים 1A). ניתן להחיל שלב זה במספר תאי עומס בו-זמנית.
- חזור על הפעולה עבור המשקל השני ולחץ על קבל נקודה2.
- לחץ על החל כיול.
- הבטחת כמות מספקת של צמחים עם גודל מתאים לניסוי
הערה: ככל שהצמח קטן יותר, האות שלו יהיה חלש יותר (לדוגמה, משקל המים התרחש ביום לעומת משקל הסיר). השלבים הבאים יסייעו לשפר את יחס האות לרעש.- התחל את הניסוי כאשר הצמח transpis כ 10% של קיבולת מי סיר המרבי.
הערה: לדוגמה, אם עובדים עם מדיום חולי המכיל כ- 1 ל' מים בקיבולת סיר (ראה טבלה 2),התחל את הניסוי כאשר הצמחים יתנו כ- 100 מ"ל ליום. אם עובדים עם מדיום על בסיס כבול שמחזיק כ-2 ל' מים בקיבולת סיר (ראה טבלה 2), התחילואת המדידות כאשר הצמחים יתנועעו כ-200 מ"ל ליום. - להעריך את התעבורה היומית הצמח הראשוני לפני טעינתו על המערכת על ידי מדידה (ידנית) בבוקר לעומת הבדלי משקל הערב בכמה שתילים.
- בעת עבודה עם צמחים קטנים, לשים מספר צמחים בכל סיר (למשל, שישה צמחים Arabidopsis בסיר אחד 3.9 L23, כדי להגיע לרמה המינימלית המומלצת של תשקה)*.
- התחל את הניסוי כאשר הצמח transpis כ 10% של קיבולת מי סיר המרבי.
4. הגדרת הניסוי
הערה: תהליך הגדרת הניסוי נועד לקחת בחשבון את המשקל של כל חלקי המערכת, כל כך, המשקל של מדיום עציצים (כולל משקל מי הקרקע בקיבולת סיר) ואת המשקל הראשוני של השתילים. בצע את השלבים הבאים:
- במידת האפשר, עבוד עם רכיבים סטטיים דומים עם משקלים דומים. רכיבי משקל סטטיים כוללים ערכות סיר, בדיקות קרקע וחלקי פלסטיק אחרים.
- כדי להתחיל ניסוי חדש, פתח את תוכנת ההפעלה. פתח את הכרטיסיה ניסויים בתפריט בצד שמאל של המסך. לחץ על צור חדש או שכפל את מאפייני הניסוי מניסוי קודם על-ידי לחיצה באמצעות לחצן העכבר הימני על הניסוי הרצוי ובחירה באפשרות שכפל. שנה את שם הניסוי(איור משלים 1B).
- ודא כי אף יחידה אינה בשימוש בניסוי אחר הפועל כעת במערכת. בדוק שכל הצמחים בטבלת הצמחים תואמים את העיצוב הניסיוני. אם לא, שנה את הטבלה בהתאם לעיצוב (ראה סעיפים 5.18, 6 ואיור משלים 1C).
- התחל את הניסוי על-ידי לחיצה על שם הניסוי ולאחר מכן לחיצה על התחל.
- יש ליטוט ידני של הסירים הריקים המוכנים מראש (סיר כפול, רשת, מקל וטבעת אטם שחור). אם שימוש בחלקים דומים זה לזה, המשקל הממוצע של 10 מהם יספיק.
- מערבבים את הפשטידה מדיום ביסודיות עם קצת מים, לפחות 1 שעה, כך שהוא מתפרק לחלקיקים הומוגניים והוא רווי, כדי להבטיח אחידות הומוגניות. עבור משתמשים בפעם הראשונה, אנו ממליצים בחום להשתמש במדיום נקבובי, קרמי, בגודל קטן (ראה טבלה 1 וטבלה 2). כאפשרות שנייה, השתמש בחול גס.
- השתמש מערבל מכני (למשל, מערבל בטון).
- כאשר נעשה שימוש במדיום הומוגני מאוד (כלומר, חול תעשייתי), דלג על שלב 4.6.1.
- מלאו את כל הסירים באופן אחיד לניסוי במדיום התעשן המתאים (לדוגמה, חול, אדמה או כבול).
- הכנס יצק של תבנית חלל(איור 3B)הדומה בצורתו ובגודלו לתקע שורש הקרקע של השתילים (ממגש חלל) לאמצע מדיום העציצים. תדחפי את זה פנימה לגמרי. הקש על תחתית הסיר על הרצפה כמה פעמים כדי לוודא כי מדיום עציצים מופץ היטב בסיר. חזור על כל הסירים.
- להשקות את הסירים היטב ולשטוף את החלק החיצוני של הסירים. אפשרו לסירים לנקז במשך 30 דקות לפני שנמשיך לשלב הבא. ודא כי הסירים לנקז בחופשיות. אם מדיום התערת מתנקז לאט מדי (למשל, כבול צפוף), תמקם אותו מראש עם עיבוד מגוון (לדוגמה, פרליט; נא ראה גם שולחן 1 ושולחן 2)כדי להבטיח ניקוז מהיר יותר.
- לאחר שהניקוז הופסק לחלוטין, מניחים את כל הסירים המלאים במרכז מערך הליזימטר (במכולות הירוקות שכבר נמצאות שם) על פי העיצוב הניסיוני(איור 2א).
- ודא כי המכולות הירוקות מותאמות כראוי לכיסוי תא העומס ולא נוגעות זו בשנייה.
- בתוכנה ההפעלה, פתח את הכרטיסיה ניסוי ובחר בכרטיסיה מדידת רכיבים. לחץ על מדידת אובייקט. שם המדידה "1st מדידה" (איור משלים 1D).
- מניחים את מטפטפי ההשקיה, הגששים וכיסויי הסיר על כל סיר. ודאו כי הקווים עבור הטפטוף הרב-שקעי וכבלי הגשוש נתמכים על ידי היציעים המתאימים להם (המחוברים ליחידות לכל קנה מידה של לימסמטר; איור 1E) לפני שהם מניחים אותם בסירים. ודא שכל הטפטוף, הגששים והכיסויים ממוקמים היטב.
- המתן עד 3 דקות לצורך איסוף מדידה חדשה (הנתונים נאספים באופן אוטומטי כל 3 דקות) ולאחר מכן פתח את הכרטיסיה ניסוי. בחר בכרטיסיה ניסוי ולחץ על ניסוי. Meta-tag מדידה זו "1st מדידה" נלקחה ואת השם שלה "רכיבים סטטיים" (איור משלים 1E). מטה-תגים משמשים כאשר ברצונם לתעד ערך משקל הנקבע על-ידי חיסור ערך מדוד אחד מערך אחר.
- לאחר ביצוע כל ההתאמות הדרושות למערכת, המתן לתימת נקודת נתונים חדשה (כל 3 דקות) לפני ביצוע המדידה הבאה.
- בדוק את העמודה רכיבים סטטיים כדי לאשר שהערכים שנרשמו בטבלה Plants אינם כוללים חריגים. אם אחד מהמשקולות שנרשמו נמוך מדי או גבוה מדי, בדוק אם יש הפרעה לתא העומס (לדוגמה, ודא ששום דבר לא נוגע בו) ולאחר מכן בצע מדידה חדשה (לאחר שהמערכת הייתה עדיין 3 דקות).
- לחץ על הכרטיסיה צמחים. יצא את הטבלה צמחים כגיליון אלקטרוני, הוסף את משקל הסיר הממוצע (מ- 4.5) למדידה של הרכיבים הסטטיים - "משקל Tare". שמור והעלה את הקובץ (הכרטיסיה ייבוא).
- ודא כי כל הטפטוף מוכנסים היטב לתוך מדיום התעשן ולצינור המגיע מהבקר. בחזרה תוכנת ההפעלה, בכרטיסיה ניסוי, בחר תרחישי טיפולים. לחץ על צור חדש כדי ליצור "תוכנית" חדשה.
- בתוכנית, בחר את השלב הראשון (צור שלב חדש במידת הצורך) ופתח אותו. בחר "בדיקה" לטיפול ו"לעולם לא" לסיום. באפשרות השלב, בחר כל טיפול המפורט בכרטיסיה טיפולי השקיה מעל ניסויים (איור משלים 1F; נא ראה גם שלב 4.21). הקש על הכרטיסיה החל.
- חלץ את הטבלה צמחים כגיליון אלקטרוני, הוסף "תכנון" לעמודה טיפול והוסף "1" לעמודה Step. שמור והעלה את הקובץ.
- תחת הכרטיסייה טיפולי השקיה, בחר את הטיפול "מבחן" והגדר אותו לזמן השקיה של 4-5 דקות [עם משך הזמן המדויק בהתאם לתכני המים הנפחיים (VWC) של הקרקע המשמשת] כדי לאפשר ניקוז. הגדר את הזמן 2 דקות קדימה ולך סירים בחממה. ניתן גם ליצור טיפולים אחרים. (עיין בהסבר המפורט בשלב 7.4).
- בדוק באופן חזותי שכל הטפטופים עובדים והמים נוטפים מתוך תקע הניקוז המחורר של המיכל הירוק.
- בניסוי, לשנות את טיפול ההשקיה על תוכנית "X", שלב 1 (נא לראות שלב 4.19-4.20) לטיפול ההשקיה הרצוי. ודא כי כל לילה השקיה (עם fertigation; ראה לוח 3 עבור רכיבי fertigation בשימוש) מחולק לכמה פולסים קצרים (אירועים) עם הפסקות משמעותיות ביניהם (לפחות שלושה אירועים בכל לילה), כדי להבטיח כי הקרקע מגיעה לקיבולת השדה שלה לפני עלות השחר.
- תנו לתוכנית ההשקיה לפעול במשך יום או יומיים כדי לאפשר לאדמה להגיע לקיבולת השדה שלה ולהמשיך לשלב הבא.
5. התחלת הניסוי
הערה: הנתונים הנאספים בשלב זה ישמשו כערכי ייחוס למשך שאר הניסוי. לכן, חשוב לבצע את השלבים הבאים בזהירות.
- חזור על שלבים 4.18 עד 4.20. לחלופין, התחל את התהליך בשעות הבוקר המוקדמות, זמן לא רב לאחר שלב ההשקיה האחרון.
- בדקו באופן חזותי שכל הסירים משקים ושנוזל השקיה עודף נוטף מתוך תקע הניקוז המחורר של האמבטיה הירוקה.
- הסר את התקע הירוק והלא מפורז (מהפתח הנמוך ביותר) של המיכל הירוק ותן למים לנקז לחלוטין. לאחר מכן, להחזיר את התקע במקומו(איור 1D). אם עובדים על "ניקוז 0" (כלומר, כאשר החור התחתון פתוח/תקע הניקוז החלול המחובר לחור הנמוך ביותר), דלג על שלב זה.
- בתוכנה ההפעלה, פתח את הכרטיסיה עבור הניסוי ולך אל מדידת רכיבים. לחץ על מדוד אובייקט ותן שם למדידה כ-"Cast-pre". הסר בעדינות את כל הגבסות מהסירים ולאחר מכן המתן 3 דקות למדידה חדשה כדי לתעד(איור משלים 1D).
- לחץ על מידודאובייקט , תן לו שם "הטלת פוסט" ותייג את המדידה ל-"Cast-pre". האפשרות תחשב באופן אוטומטי את ההפרש בין שני הערכים שנמדדו ותיתן משקל יצוק כדי לאמת את רגישות המשקל.
- בדוק את ערכי המשקל בטבלה צמחים. ההבדל בין המדידות "יצוק-פוסט" צריך להיות לא יותר מ 20 או 30 גרם.
- כדי למדוד את משקל האדמה הרטובה, בתוכנה התפעולית, עבור אל הכרטיסיה מדידת רכיבים בניסוי ובחר באפשרות למדוד משקל רטוב באדמה. קח את המדידה על-ידי לחיצה על אישור כאשר תישאל. בדוק את מדידות משקל רטוב קרקע בטבלה צמחים של ניסוי yotheur. המשקל יופיע בעמודה "משקל רטוב אדמה"(איור משלים 1D,G).
- אם נראה שחלק מהמדידות משתנות באופן בלתי הולם, אנא עשה את הפעולות הבאות:
- ודא כי כל סיר ממוקם כראוי ולא נוגע בחשיש השכן.
- נתק את הבקר הראשון בטבלה מהחשמל (שאר הבקרים מחוברים זה לזה באופן סדרתי וכך גם הם ייכבו) למשך 2 דקות ולאחר מכן תחבר אותו מחדש.
- למדוד באופן ידני את המשקל הממוצע של כמה (5-10) חללים עם שתילה בינונית (מ שלב 2.3) ללא שתילים (תקע קרקע). [ודא כי אטמי הקרקע הם מותקים היטב (כלומר, לקיבולת שדה לאחר ניקוז) לפני מדידות ידניות.] בכרטיסיה רכיבי מדידה, הקש Set שתיל משקל קרקע בתפזורת ולמלא את המשקל הממוצע(דמות משלימה 1D).
- לחץ על למדוד את המשקל ה הראשוני של הצמח. מדידה ראשונה זו היא נקודת התייחסות לפני שתילה(איור משלים 1D).
- ודא כי השתילים במגשי החלל הם מושרים היטב (כלומר, לקיבולת השדה לאחר ניקוז). משכו בעדינות את השתילים עם תקע אדמת השורש שלהם מהעשרים, הקפדו לא לפגוע בהם, והניחו אותם בזהירות בחללים שנעשו על ידי יצוקים בסירים, על פי עיצוב הניסוי. עדיף להעביר את הצמחים עם שחר או בין הערביים, על מנת למזער את הלחץ על הצמחים (כלומר, כדי למזער את התבקעה).
- חכה 3 דקות. לחץ שוב על מדידת המשקל הי הראשוני של הצמח. המדידה השנייה היא המשקל הראשוני של הצמח. Meta-tag את המדידה הראשונה (נקודת ההתייחסות). התוכנה תחשב את ההבדל בין שתי המדידות ולהחסיר את משקל הקרקע בתפזורת שתיל. התוצאה היא המשקל הראשוני של הצמח.
- בדוק את הערכים הנמדדים בטבלה צמחים של הניסוי כדי לוודא שהם נופלים בטווח סביר והגיוני(איור משלים 1C).
- הרוויה את האדמה על-ידי חזרה על שלבים 4.18 עד 4.20.
- ודא שכל הסירים מתנקזים כראוי. אם לא, חזור על תהליך הרוויה. המתן 30 דקות עד שהניקוז ייפסק. (ראה גם טבלה 1 לגבי הבחירה הנכונה של עציצים בינוניים).)
- תחת הכרטיסיה רכיבי מדידה, לחץ על מדידת משקל מים שמור (איור משלים 1D).
- לחלץ את הטבלה צמחים כגיליון אלקטרוני, לחסר את המשקל המוקדם צמח נמדד שתיל משקל הקרקע בתפזורת ממדידת משקל המים השמור ("מלאי מים שמורים"). העלה את הקובץ (איור משלים 1C).
- ודא כי פרק הזמן שבמהלכו תתרשם הטרנספילציה היומית מתאים למטרות הניסוי. מלא את הערכים בכרטיסיה הכללית של הניסוי בהתאם לצורך עבור הפרוייקט(איור משלים 1H).
- מלא אפס שעה: השעה שבה התוכנה תבדוק אם היא צריכה לעבור לשלב הבא בתרחיש הטיפול.
- מלאו את ערכי התפירה היומיים: הטרנספיון היומי מחושב כהפרש בין שני חלונות משקל במהלך היום, לכל הימים. זמן ההתחלה של הטרנספילציה היומית הוא הזמן שבו התוכנה תתחיל למדוד את המשקל הממוצע.
- לפקח על הצמחים במשך 1-2 ימים לפני תחילת ניסוי חדש (לשכפל ושנה את שם הניסוי).
6. שינוי טבלת הצמחים
- חלץ את הטבלה Plants כגיליון אלקטרוני ושנה את הטבלה בהתאם לצרכים. אין לשנות את זהויות הצמח, שמות או מיקומים. שמור והעלה את הקובץ.
- תיוג (קיבוץ) עמודות: כדי להציג או לנתח (נא ראה שלב 8) צמחים מקבוצה בהתבסס על תוויות נפוצות (לדוגמה, טיפול, קו), להוסיף עמודה ותווית חדשות המתחילות ב- # (לדוגמה, #Treatment). בעמודה זו, בצע סימון עבור כל צמח (לדוגמה, עבור תווית "#Treatment", לסמן את הצמחים כבצורת, שליטה, וכו '; איור משלים 2.
הערה: הפרוטוקול המוצג לעיל הוא הפרוטוקול המתקדם והמקיף ביותר עבור מערכת זו. עם זאת, ייתכן שמשתמשים בפעם הראשונה ירצו להתחיל בפרוטוקול המפשט (ראה טרשת נפוצה משלימה). הפרוטוקול המפשט מניב מידע על פחות תכונות ומעלה עלול להוביל לרמות רעש גבוהות יותר. אבל, באותו הזמן, הוא מספק דרך להכיר בקלות רבה יותר ולהכיר את ההליכים הניסיוניים החשובים ביותר, חומרה ותוכנה.
7. הפעל את הניסוי
- חשב את תכולת המים הגרבימטרית של האדמה/תכולת מי הקרקע (ערך SWC).
הערה: תכולת מי הקרקע הטבית שונה מתכני מי קרקע נפחיים (VWC).- ערך SWC הוא היחס בין המשקל היבש של האדמה לבין המשקל הרטוב של האדמה. כדי לחשב SWC, השתמשו בשלושה סירים נוספים מלאים באדמה (שלב 1.3) ללא צמחים שהוכנו בעבר והונחו על שולחן צדדי בתוך החממה למשך מספר ימים והוכנסו באופן קבוע. שקלו את האדמה הרטובה במגש אלומיניום בשעות הבוקר המוקדמות, בהקדם האפשרי לאחר אירוע ההשקיה האחרון.
- מייבשים את מגש האלומיניום עם האדמה בתנור (ב-105 מעלות צלזיוס) למשך 4-5 ימים. ודא כי הקרקע יבשה לחלוטין על ידי לקיחת שתי מדידות משקל רצופות לפחות 60 דקות זה מזה. אם המשקולות זהות, האדמה אכן יבשה והמדידה האחרונה יכולה להיות רשומה כשקל הקרקע היבשה.
- בתוכנה ההפעלה, עבור אל מדיד רכיבים ולחץ על הכרטיסיה חישוב משקל יבש קרקע. למלא את הקרקע משקולות רטובות ויבשות עבור כל מדגם, לחץ על להחיל ולסיים (איור משלים 3).
- לחלופין, חשב באופן ידני את SWC באמצעות משוואה המוצגת להלן.
- ממוצע שתי מדידות SWC נלקח ידנית מלפחות שלושה סירים. בחר בכרטיסיה רכיבי מדידה ולחץ על חישוב משקל יבש קרקע הערך ωg [g/g] , לחץ על החל וסיום. המשקולות היבשות של כל סירי הניסוי יחושבו באופן אוטומטי על ידי התוכנה (בהנחה שכל הסירים בניסוי מכילים את אותו מדיום; דמות משלימה 1D ודמות משלימה 3).
- החל את טיפולי ההשקיה. תרחישי השקיה יכולים להיות מיושמים על ידי חיבור תוכנית טיפול שלב אחר שלב.
- כדי לחבר תוכנית חדשה לטיפול בהשקיה, עבור לטיפול השקיה , לחץ על צור חדש, ותן שם לטיפול החדש. פתח את הטיפול הספציפי ברשימת טיפולי ההשקיה ולחץ על ברירת המחדל "00:00".
הערה: בחלון הראשי(איור משלים 4א),"זמן" מציין את הזמן שבו השסתום ייפתח (כלומר, תחילת הטיפול בהשקיה). "שסתום" הוא השסתום שיש לפתוח (A או B, בהתאם לשסתום המחובר לפתרון הרצוי). "Command Type" מציין את סוג הנתונים שישמש כדי לקבוע מתי השסתום ייסגר:- עד הזמן – כמה שניות השסתום יהיה פתוח.
- לפי משקל – עלייה במשקל /מים (בגרם) כדי להוסיף לסיר באמצעות השקיה.
- על ידי Transpiration – השקיה ניתן להחיל באופן דיפרנציאלי על כל סיר בהתבסס על התשקה של כל צמח בודד במהלך היום הקודם. המשתמש יכול להחליט איזה אחוז מהיום הקודם יוחל במהלך ההשקיה. (במצב טוב, מוצע לתת לצמח יותר מ-100%, על מנת לשטוף את האדמה ולפצות על גידול הצמח.) צמחים שטופלו בבצורת צריכים לקבל פחות מים, עם כמויות מדויקות המבוססות על קצב הלחץ הרצוי בצורת.
- על ידי חיישנים – השקיה יכולה להיות מיושמת על פי קריאת חיישן, כגון מותרות dielectric לכאורה (אשר יכול לשמש כדי לקבוע את VWC). בחר את סוג החיישן, את הפרמטר הרצוי ואת ערך הפרמטר הרצוי.
- כל האפשרויות כוללות אפשרות פסק זמן שתסגור את הברז גם אם לא הושגו התנאים שנקבעו. הגדר את הזמן הזמן הארוך לתקופה ארוכה יותר מהתנאים שנקבעו.
- לאחר הגדרת טיפולי ההשקיה לניסוי, פתחו את הניסוי הרצוי ברשימת הניסויים, פתחו את Plan תרחיש הטיפול, פתחו את תוכנית ברירת המחדל ובחרו את השלב הראשון(איור משלים 4B).
- בטיפול Treatment, בחר טיפול השקיה מהרשימה. לאחר מכן, בסיום, בחר את התנאי המתאים כדי לעצור את השלב הנוכחי ולעבור לשלב הבא.
- לאחר בחירת תרחיש השקיה, פתחו את טבלת הצמחים של הניסוי (איור משלים 2) והכניסו את ה"טיפול" וה"צעד" לכל צמח. "טיפול" הוא שם תרחיש הטיפול ו"שלב" הוא מספר האירוע בתרחיש הטיפול.
- כדי לחבר תוכנית חדשה לטיפול בהשקיה, עבור לטיפול השקיה , לחץ על צור חדש, ותן שם לטיפול החדש. פתח את הטיפול הספציפי ברשימת טיפולי ההשקיה ולחץ על ברירת המחדל "00:00".
- תתכנן טיפול בצורת.
- לכל צמח יש קצב תפירה ייחודי המבוסס על גודלו ומיקומו בחממה. כדי לאפשר טיפול בצורת סטנדרטי (כלומר, שיעור ייבוש דומה לכל הסירים במהלך הטיפול), תכנן תרחיש בצורת ושלוט בו באמצעות כלי ההשקיה המשוב-השקיה של המערכת(איור משלים 5).
8. נתח את הנתונים באמצעות תוכנת ניתוח נתונים
- פתח את התוכנה לניתוח נתונים (לדוגמה, SPAC Analytics). לחץ בפינה השמאלית העליונה כדי לבחור מערכת בקרה ואת שם הניסוי(איור משלים 6A). בעמודה של הצד הימני של המסך, בחר ניסויים (איור משלים 6B) והקלד את שם הניסוי בשורת השם תחת המקטע חיפוש. שם הניסוי יופיע מתחת למקטע החיפוש, במקטע ניסויים (איור משלים 6C). לחץ על הניסוי כדי לפתוח את המקטעים מידע וצמחים (דמות משלימה 6D).
- במקטע מידע, ערוך את תאריכי ההתחלה והסיום של WUE לתקופה של לפחות 3 ימים (רצוי יותר) לפני תחילת הטיפול בבצורת ולאחר מכן לחץ על עדכן. הערך WUE ו- R2 עבור כל סיר יופיעו במקטע צמחים. בחר לא לכלול קנה מידה ים אף קנה מידה עם ערך WUE שלילי או ערך R2 של פחות מ- 0.5 על-ידי לחיצה על הסימן "עין" תחת העמודה פעיל, אשר לאחרמכן יהפוך לאדום. פעולה זו לא תכלול את קנה המידה הנבחר (צמח) מכל החישובים נוספים. ניתן לייצא את הנתונים על-ידי לחיצה על לחצן ייצוא נתונים במקטע צמחים (איור משלים 6D).
- בעמודה בצד שמאל של צווחה, לחץ על ניתוח. לאחר מכן יופיעו תתי-דרכים שונים: מציג הגרף, היסטוגרמה, T-test, ANOVA ועקומה ליניארית Piecewise.
- לחץ על מציג הגרף. במקטע מסננים, הגדר את התאריכים עבור הניסוי.
- לחץ על תוויות (ראה שלב 6) כדי לבחור את השילוב של קבוצות ניסיוניות (גנוטיפ) וטיפולים. באופן אוטומטי, כל הסירים בקבוצה שנבחרה יופיעו בתחום המשנה Plant. בתחום זה, בטלו את הבחירה בכל סיר (צמחים) על-ידי לחיצה עליהם. ניתן לבחור בו-זמנית עד שני פרמטרים שונים של בחירה כ"פרמטר Y1" ו-"Y2". לבסוף, לחץ על הצג גרף (דמות משלימה 5).
- גרף שורה של ערכי הפרמטר הנבחר יופיע בחלון מציג הגרף עבור כל צמח. הסר נתונים מצמחים בודדים או הוסף לגרף על-ידי לחיצה על סמלי המקרא שלהם מימין לגרף. בפינה השמאלית העליונה, קיימות גם אפשרויות לייצוא הנתונים כגיליון אלקטרוני ולהגדלת חלון Graph Viewer כדי למלא את המסך המלא (פונקציית הורדת נתונים גולמית זו רלוונטית לכל החלונות האחרים). אפשרויות נוספות לשינוי הגרף יופיעו אם הסמן מועבר לפינה השמאלית העליונה של המסך (איור משלים 5).
- מודול היסטוגרמה מציג את ההתפלגות של תכונה אחת בתוך ובין אוכלוסיות לפרק זמן נתון. כדי להשתמש במודול זה, לחץ על היסטוגרמה.
- במקטע מסננים, הגדר את התאריך והשעה, הפרמטר, התוויות והצמחים כפי שמוסבר בשלב 8.4.1. בחר תוויות מרובות (קבוצות) על-ידי לחיצה על הסימן + . לבסוף, לחץ על הצג גרף (דמות משלימה 7).
- ההיסטוגרמה תופיע במקטע היסטוגרמה, שבו קיימת אפשרות לשנות את "פחים" ו"תאריך" בחלק העליון של המסך. בפינה הימנית העליונה, קיימות אפשרויות שונות כמתואר בשלב 8.4.2. במקטע דיאגרמת מיקום, ניתן לראות את המיקום בפועל של הצמחים בטבלה הניסיונית ואת ערכי התכונה המתאימים שלהם (איור משלים 7).
- לחץ על T-מבחן. כדי להשוות סטטיסטית את האמצעים של כל תכונה מדודה של שתי קבוצות, הזן את התאריכים, התוויות, הצמחים והפרמטרים בסעיף "פרמטרים של בדיקת T", כפי שהוסבר בשלב 8.4.1.
- הגדר את טווח השעות לחישוב הערכים הממוצעים של נקודות הנתונים בתוך פרק הזמן של הריבית (ברירת המחדל היא מצגת רציפה של 24 שעות). לבסוף, לחץ על הצג גרף (איור משלים 8).
- שני חלונות יופיעו בצד ימין של המסך. החלק העליון הוא המקטע מציג הגרף עבור כל הצמחים שנבחרו משתי הקבוצות. מתחת לחלון זה נמצא המקטע T-test, שבו יופיע ההשוואה בין שתי הקבוצות כמבחן tשל הפרמטר הפיזיולוגי שנבחר. ניתן לכוונן את רמות המשמעות על-ידי α-ערך-ערך בפינה השמאלית העליונה של מקטע בדיקת T. נקודה אדומה תופיע תחת ערכים שונים באופן משמעותי. בפינה הימנית העליונה, להציג אפשרויות שונות, כמתואר בשלב 8.4.2 (איור משלים 8).
- לחץ על ANOVA. כדי להשוות סטטיסטית את האמצעים של כל תכונה מדודה על פני יותר משתי קבוצות, הזן את התאריכים, התוויות, הצמחים והפרמטרים בסעיף "מסננים", כפי שמוסבר בשלב 8.5.1.
- בחר תוויות מרובות (קבוצות) על-ידי לחיצה על הסימן + (כמו בשלב 8.5). הגדר את טווח השעות. לבסוף, לחץ על "הצג גרף" (איור משלים 9).
- במקטע ANOVA, השתמש במבחן ANOVA (HSD של Tukey) כדי להשוות את הפרמטרים הפיזיולוגיים של הקבוצות השונות. מייצגי פעילויות מייצגים את השגיאות הרגילות (±SE). בפינה השמאלית העליונה של המסך, קיימות אפשרויות שונות כמתואר בשלב 8.4.2. לחץ על גרף הקו כדי להציג השוואת גרף עמודות עבור יום מסוים. אותיות שונות מציינות קבוצות שונות באופן משמעותי זו מזה(איור משלים 9א).
- הצגת הקשר בין קינטיקה של צמחים שלמים או מוליכות סטומה ל-VWC היא דרך מדויקת יותר להשוות את התגובות הפיזיולוגיות של צמחים שונים לבצורת, בהשוואה לגישה מבוססת זמן. הצג קשר זה באמצעות הפונקציה "עקומה ליניארית מבחינת חלק".
- לחץ על עקומה ליניארית של Piecewise. הזן את התאריכים, התוויות, הצמחים והפרמטרים (הן ציר ה- x והן ציר y) ולאחר מכן הגדר את טווח השעות במקטע 'מסננים', כפי שהוסבר לעיל.
הערה: התאריך "מ" צריך להיות קרוב ככל האפשר לתאריך ההתחלה של הטיפול. - הגדר את הפרמטר x-axis להיות VWC ואת הפרמטר ציר y כפרמטר פיזיולוגי של בחירה (למשל, קצב תפירה, מוליכות סטומה, וכו '). לבסוף, לחץ על הצג גרף. בסעיף 'מסנן', לחץ על בחר את כל ההמלצות ולאחר מכן לחץ על הצג גרף (איור משלים 10).
הערה: פרמטרים פיזיולוגיים אחרים (למשל, תרגיל מנורמל, קצב תפירה, משקל ראשוני של צמח, מוליך סטמטלי, שטף שורש, וכו ') פרמטרים סביבתיים (למשל, טמפרטורה, לחות יחסית, וכו ') מתקבלים בקלות באמצעות תוכנת SPAC (למשל איור משלים 9C). לקבלת מידע נוסף על הרקע התיאורטי של החישובים שלהם, ראה הלפרין ואח ' (2017).
- לחץ על עקומה ליניארית של Piecewise. הזן את התאריכים, התוויות, הצמחים והפרמטרים (הן ציר ה- x והן ציר y) ולאחר מכן הגדר את טווח השעות במקטע 'מסננים', כפי שהוסבר לעיל.
Representative Results
משך הניסוי היה 29 ימים. הניסוי נערך באוגוסט, כאשר מזג האוויר המקומי חם ויציב והימים ארוכים. שני תרחישי השקיה שונים שימשו כדי להדגים את היכולת של פלטפורמת phenotyping להשוות את ההתנהגות הפיזיולוגית של שלושה סוגים שונים של אורז (כלומר, Indica, קרלה, ו ריזוטו) בנוכחות מתח בצורת. היו שני טיפולי לחץ בצורת: (i) השקיה אופטימלית [עד שכל סיר הגיע לקיבולת החשיש שלו בלילה לאחר ההשקיה (שליטה)] ו-(2) בצורת שהחלה 5 ימים לאחר שהניסוי החל, נמשכה 14 ימים, ולאחריה תקופת החלמה של 10 ימים (השקיה אופטימלית, ימים 19-29). למען הפשטות, לא כל הזנים והקבוצות מוצגים בנתונים המוצגים כאן. התוצאות הראו כי מערכת HTP-telemetric יכול למדוד ביעילות שינויים בתנאים אטמוספריים, האדמה והפיזיולוגיה של הצמחים.
תנאים סביבתיים
תנאים סביבתיים [קרינה פוטוסינתטית פעילה (PAR) וגירעון בלחץ אדים (VPD)] היו במעקב לאורך כל הניסוי על ידי בדיקה אטמוספרית. הנתונים שנאספו מצביעים על כך ש-PAR ו-VPD נשארו דומים בימים השונים ובמהלך היום(איור 4).
פולקסווגןC של הסירים שטופלו בבצורת נמדד על ידי בדיקות קרקע לאורך כל התקופה הניסיונית. נתוני פולקסווגן שנאספו מקורות חיים שטופלו בבצורת אחת. צמח Indica הוא התוויה איור 5.
פרמטרים פיזיולוגיים
הטרנספילציה היומית גדלה בהדרגה בכל ארבעת הטיפולים (קרלה-שליטה, קרלה-בצורת, ריזוטו שליטה וריזוטו-בצורת) בשלב הראשון של הניסוי, במהלכו כל הצמחים היו מושקים היטב. מאוחר יותר, הייתה ירידה בתנועת שהיה קשור תקופת הבצורת (יום 5 עד יום 18) בשני טיפולים ללא מים. לאחר מכן, במהלך תקופת ההחלמה (מהיום ה-18 ואילך), התחלה היומית עלתה שוב בשתי הקבוצות נטולות המים, אך לרמה נמוכה בהרבה מזה שנצפה לפני הטיפול בבצורת(איור משלים 9ב').
משקל הצמח המחושב הממוצע (כלומר, שיעור העלייה במשקל הצמח) גדל באופן עקבי הן בקרב קרלה - שליטהוטיפוליהבצורת קרלה בשלב הראשון של הניסוי, כאשר כל הצמחים קיבלו השקיה דומה (ימים 1-5). כאשר הטיפול בבצורת הוחל על קורות החיים. צמחי קרלה (ימים 5-18), צמחים אלה הפסיקו לעלות במשקל ולא חזרו לעלות במשקל עד שלב ההחלמה. בשלב זה, הייתה עלייה במשקל שהתקדם לאט יותר ממה שנצפה עבור השליטה. לעומת זאת, המשקולות של קרלה-צמחי בקרה גדלו ברציפות לאורך כל תקופת הניסוי (איור 6).
איור 1: רכיבים והתקנה של מערכת phenotyping כבידתי.
(א)שוקל ליסטר. הליצימטר כולל את תא הטעינה, הממיר את העומס המכני של אובייקט לטעינה חשמלית, ופלטפורמת מתכת המכסה את החלקים העליונים והתונים של תא העומס, כך שניתן למדוד כראוי את משקל האובייקט. (ב)הליסימטר מכוסה בלוק פוליסטירן וכיסוי פלסטיק לבידוד חום. חלקיםבקנה מידה. על מכסה הליסיטר מונח מאגר מים (מיכל ירוק) כדי לאסוף את הנוזל המתנקז מהסיר. המיכל הירוק הוא יחד עם כיסוי ירוק, אשר יש פתח עגול גדול שדרכה הסיר מוכנס. טבעת אטם גומי שחור מחוברת לצד אחד של הכיסוי הירוק והסיר מחובר לצד השני, כדי למזער את אובדן המים באמצעות אידוי מהמיכל. הכיסוי הירוק כולל שני חורי דגימה (קטנים וגדולים) מעל הרחבת הניקוז, החתומים בתקעי גומי. תקעים.D המיכל כולל הארכת ניקוז עם ארבעה חורים (עם תקעים) בגבהים שונים, אשר ניתן להשתמש בהם כדי להתאים את מפלס המים במיכל לאחר הניקוז דרך חור מסוים מפסיק (נפח המים המילואים). נפח המים הרצוי יהיה תלוי במין הצמח, בסוג מדיום התעשן המשמש ובדרישות המים של הצמחים (כלומר, נפח התזוזה היומי המשוער). (ה)יחידת הבקרה מורכבת מתיבה מלבנית ירוקה המכילה את הבקר האלקטרוני ושסתומי סולנואיד. ישנם חורים שדרךם פתרון fertigation יכול להיכנס ולצאת הסירים, כמו גם שקעים לחיבור תא העומס וחיישנים שונים. ניתן ליישם טיפולים שונים, כגון רמות שונות של מלית או קומפוזיציות מינרליות שונות, באמצעות פתרון ההתסיסה. מעמד מתכת מחובר לבקר, להחזיק את הצינורות והכבלים ולמנוע מהם לגעת בסירים ולהוסיףמשקל. שאר הרכיבים הנדרשים הם(F)בדיקות קרקע (למשל, לחות, טמפרטורה וחיישני EC - 5TE), אופציונלי(G)טפטוף רב-שקע (עבור יישומים לתסיסה ו/או טיפול) ו-(H)בדיקות אטמוספריות [למדידת גירעון בלחץ אדים (VPD) וקרינה]. (I)מערך יחיד מאובזר במלואו. (J)מערך מאובזר במלואו בחממה, חצים צהובים הכוונים את הגששים האטמוספריים המאפשרים נורמליזציה של מוליך סטמטלי בהתבסס על התנאים האטמוספריים המקומיים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: חלקים הנדרשים עבור הגדרת סיר יחיד.
אני לאיודע מה לעשות. הרכיבים הבאים נחוצים: סיר אחד 4 L, סיר אחד 4 L ללא תחתית לשמש כמחזיק רשת, חתיכה מעגלית אחת של רשת ניילון (גודל נקבוביות = 60 רשת) עם קוטר כפול מזה של החלק התחתון של הסיר, כיסוי אחד עם חורים ייעודיים עבור צמח והשקיה נוטפים, אחד 60 ס"מ, מקל פיברגלס לבן (מוט) וטבעת אטם שחור אחד. (ד)דוגמה לתוכנית טבלה שבה הסירים באופן אקראי. בחממה, בכל טבלה היו 1-18 עמודות וארבע שורות, כאן השתמשנו ב-24 תנוחות. עם זאת, ניתן להתאים בקלות את מבנה המערך לכל צורה המבוססת על גודל החממה עצמה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: סיר להגדיר.
(א)צמחים הגדלים במגשי חלל. (שתילי העגבניות המוצגים כאן הם רק דוגמה; מינים רבים אחרים של צמחים יכולים לגדול באותו אופן). (ב)יצוקות של תבניות עבור(ג)יצירת חללים במדיום העציצים כי (D) יתאים באופן הדוק את אטמי שורש הקרקע של השתילים, כדי להבטיח השתלה מוצלחת של (ה) השתילים לתוך הסירים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 4: תנאים אטמוספריים במהלך הניסוי.
ציר ה-y מימין מציג את הגירעון היומי בלחץ האדים (VPD) וציר ה-y משמאל מציג את הקרינה הפעילה הפוטוסינתטית (PAR) במהלך 29 הימים הרצופים של הניסוי. גרף זה הופק על-ידי התוכנה ניתוח נתונים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 5: תכולת מים נפחית (VWC) נמדדת על ידי גשושית קרקע במהלך הניסוי.
הנתונים מייצגים את ערכי VWC עבור קורות חיים אחד. מפעל Indica שהיה נתון לטיפול הבצורת במשך כל תקופת הניסוי, כולל התאוששות. גרף זה הופק על-ידי התוכנה ניתוח נתונים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 6: משקולות צמחים שלמים (± SE) לאורך כל תקופת הניסוי עבור קורות חיים. קרלה תחת מים (שליטה) ותנאי בצורת.
קבוצות הושוו באמצעות ANOVA (HSD של Tukey; p < 0.05). כל ± SE מייצג לפחות ארבעה צמחים. הגרף והניתוח הסטטיסטי הופקו על ידי התוכנה לניתוח נתונים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור משלים 1: הפעלת חלונות תוכנה להגדרת ניסוי. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 2: טבלת 'צמחים' כגיליון אלקטרוני; תוכנת הפעלה. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 3: חלון תוכנה לחישוב המשקל היבש של הקרקע; תוכנת הפעלה. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 4: חלון תוכנה להקמת טיפול השקיה; תוכנת הפעלה. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 5: חלון מציג גרף ניתוח נתונים. בניסוי שלנו השתמשנו בשלושה כתות אורז (כלומר, Indica, קרלה וריזוטו) ושני תרחישי השקיה שונים, השקיה טובה (שליטה) ובצורת. הנתונים הגולמיים חשפו וריאציה במשקל הצמחים במהלך הניסוי. כל שורה מייצגת צמח/סיר אחד. במהלך היום, הצמחים התרחשו, כך המערכת ירדה במשקל, כפי שניתן לראות במדרונות של הקימורים היומיים. הסירים הופשטו מדי לילה לקיבולת מלאה, כפי שהיו מיוצגים כפסגות בעקומות. אירוע ההשקיה היה מלווה בניקוז של כל מים עודפים לאחר שמדיום התענוע היה רווי. בתחילה, כל הצמחים היו מים היטב (שליטה). החל מה-7 באוגוסט 2018, מחצית מהצמחים היו נתונים לטיפול בצורת. במקביל, שאר הצמחים המשיכו לקבל השקיה אופטימלית. התאוששות דיפרנציאלית הושגה על ידי שחזור ההשקיה למפעלים שטופלו בבצורת, החל מ-20 באוגוסט 2018 (מה שמאפשר לכל צמח לחוות מידה דומה של מתח) והמשך סוף הניסוי. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
כלי ההשקיה של המערכת מאפשר למשתמש לתכנן תוכניות השקיה עבור כל סיר בודד בהתבסס על זמן, משקל סיר, נתונים מחושך קרקע (למשל, VWC) או תפירת צמחים במהלך היום הקודם. כל צמח יכול להיות משלך בנפרד באופן מותאם אישית בהתבסס על הביצועים שלו. השקיה דיפרנציאלית זו ממזערת את ההבדלים בין תכולת מי הקרקע של הצמחים, כך שכל הצמחים נחשפים לטיפול בצורת מבוקר ללא קשר לדרישות המים הפרטיות שלהם.
איור משלים 6: חלון ניתוח נתונים עבור ניתוח הנתונים. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 7: חלון היסטוגרמה ניתוח נתונים. נתון זה מציג ייצוג גרפי של התפלגות ערכי התקהלות יומית בשלוש כתות האורז השונות (כלומר, Indica, Karla ו-Risotto) בתנאים מושכים היטב (שליטה). הדיאגרמה התחתונה מייצגת הדמיה של מפת חום של הצמחים הטרנספיזציה היומית בהתבסס על המיקום הפיזי של הסירים על השולחן. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 8: חלון בדיקת T של ניתוח נתונים. הקווים מייצגים את ההבדלים בתנופה היומית (תכונה פיזיולוגית בסיסית וחשובה) בין שתי כתות אורז (כלומר, קרלה וריזוטו) בתנאים מושים היטב (שליטה). החלון מציג את התתשויה היומית של הצמחים הבודדים (מימין למעלה) והשוואה של האמצעים ± SE של כל קבוצה שנערכה באמצעות t-testשל סטודנט (מימין למטה). הניתוח הסטטיסטי בוצע באופן אוטומטי על ידי התוכנה. הנקודות האדומות מייצגות הבדלים משמעותיים בין הטיפולים על פי בדיקות tשל התלמיד; p < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 9: חלון ANOVA ניתוח נתונים. (א) ייצוג גרפי של ההבדלים בתנופה היומית בין שני זני אורז (כלומר, קרלה וריזוטו) תחת תנאים (שליטה) ובצורת לאורך כל תקופת הניסוי. הטיפול בבצורת החל 5 ימים לאחר שהניסוי החל. לחיצה על כל יום תציג את השוואת קבוצות (ב) באמצעות ANOVA (HSD של Tukey; p < 0.05), כאן ב-12 באוגוסט. כל ± SE מייצג לפחות ארבעה צמחים. אותן קבוצות יכולות להיות מוצגות גם כקצב תפירה רציף של כל הצמח (אמצעים ± SE) לאורך כל תקופת הניסוי. הגרפים והניתוח הסטטיסטי הופקו על ידי תוכנת ניתוח הנתונים. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
איור משלים 10: חלון עקומה ליניארית של ניתוח נתונים. חלון זה מציג את הקימורים ליניאריים של שלוש כתות אורז (כלומר, Indica, קרלה וריזוטו) בתנאי בצורת. התוכנה יכולה לבצע ניתוח התאמה ליניארית חכם חתיכה של הקשר בין כל פרמטר פיזיולוגי (כאן, transpiration יומי) ואת תוכן מים volumetric מחושב (VWC) של הצמחים נתון לטיפול בצורת. אנא לחץ כאן כדי להוריד דמות זו.
חומרים משלימים. אנא לחץ כאן כדי להוריד חומרים אלה.
| בינוני | תיאור | |
| חול גס | חול סיליקה 20-30 (מסכי רשת עליונה ותוכית שדרכה עבר החול: 0.841 ו- 0.595 מ"מ, בהתאמה) | |
| חול משובח | חול סיליקה 75-90 (מסכי רשת עליונה ותוכית שדרכה עבר החול: 0.291 ו- 0.163 מ"מ, בהתאמה) | |
| אדמה על בסיס כבול | קלסמן 686 | |
| אדמת לאמי (אדמה טבעית) | אדמת לואם חולית שנלקחה מהשכבה העליונה של חלקה בחווה הניסיונית של הפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה, רחובות | |
| ורמיקוליטיס (2000) | ורמיקוליטיס 3G | |
| פרליט (100) | Perlite 212 (טווח גודל: 0.5-2.5 מ"מ) | |
| קומפוסט | בנטל 11 עציצים אדמה | |
| נקבובי, קרמיקה, בינוני קטן | פרופיל נקבובי קרמיקה 20-50 (מסכי רשת עליונה ותו התחתונה שדרכה עבר הקרמיקה הקרקעית: 0.841 ו- 0.297 מ"מ, בהתאמה) | |
| נקבובי, קרמיקה, מעורב בגודל בינוני | פרופיל נקבובי קרמיקה 50% 20-50 רשת ו 50% 20-6 רשת, 0.841- 3.36 מ"מ | |
שולחן 1: עציצים מדיה.
| סוג מדיה קרקע / פרמטרים | חול גס | חול משובח | אדמת לאמי | פרליט (100) | ורמיקוליטיס (2000) | נקבובי קרמיקה מעורבת | קרמיקה נקבובית בגודל קטן | אדמה על בסיס כבול | קומפוסט |
| סה"כ מים (TW, ml) | 860 ± 7.2 (נ) | 883.1 ± 24 (נ) | 1076.3 ± 35.9 (ה) | 1119.9 ± 8.5 (ה) | 1286 ± 22.4 (D) | 1503.6 ± 15.4 (C) | 1713 ± 25.9 (ב) | 1744.3 ± 8.2 (ב) | 2089.6 ± 61.6 (א) |
| תכולת מים רב-עוצמה (פולקסווגן,מ"ל 3/ml3) | 0.26 (נ) | 0.27 (נ) | 0.33 (ה) | 0.35 (ה) | 0.4 (ד) | 0.46 (C) | 0.53 (ב) | 0.54 (ב) | 0.65 (א) |
| צפיפות בתפזורת (BD, g/cm3) | 1.7 (א) | 1.6 (ב) | 1.5(ג) | 0.1 (ח) | 0.2 (נ) | 0.8 (ד) | 0.7 (ה) | 0.2 (ז) | 0.1 (ז) |
| יציבות משקל הקרקע (SWS, g/d) | ± 2.7 ± 0.3 (ב) | ±.9 ± 0.3 (ב) | ± 4.9 ± 0.9 (ב) | ±.9 ± 0.7 | ± 12.8 ± 2.8 (ב) | ±.3 ± 0.1 (ב) | ±.9 ± 0.4 (ב) | ± 6.7 ± 0.8 (ב) | ±.9 ± 1.2 (ב) |
| יציבות משקל הקרקע עם מים שמורים באמבטיה (g/day; אנא ראה סעיף 6.14) | 3 ± 0.4 (ב) | 3.3 ± 0.4 (ב) | 3.2 ± 1.2 (ב) | 6.3 ± 0.5 (א) | 2.7 ± 0.8 (ב) | 2.0 ± 0.3 (ב) | 2.0 ± 0.3 (ב) | 10.6 ± 3 (א) | 2.0 ± 0.3 (ב) |
| תכולת לחות כבידתית בקיבולת סיר (SWC; נא ראה סעיף 8.2) | 0.18 (ז) | 0.23 (ז) | 0.23 (ז) | 3.79 (C) | 3.0 (D) | 0.74 (נ) | 0.99 (ה) | 4.25 (ב) | 6.13 (א) |
| יכולת ניקוז יחסית | מעולה | בינוני | בינוני-נמוך | מעולה | מעולה | מעולה | מעולה | נמוך | בינוני |
| זמן יחסי כדי להגיע לקיבולת סיר | מהר | מהר | מהר | איטי | איטי | מהר | מהר | איטי | איטי |
| קיבולת חילופי cation יחסית (CEC) | נמוך | נמוך | נמוך | נמוך | גבוהה | גבוהה | גבוהה | גבוהה | גבוהה |
| תאימות עם: | |||||||||
| שטיפת שורשים (בסוף הניסוי) | ++ | ++ | + | ++ | + | ++ | ++ | - | - |
| טיפול בחומרים מזינים/ביו-ממריצים | ++ | ++ | - | ++ | + | + | + | - | - |
| טיפולי ממלינות | ++ | ++ | + | ++ | + | ++ | ++ | + | - |
| מדידה מדויקת של שיעורי הצמיחה | ++ | ++ | + | -,+ | + | ++ | +++ | + | + |
| שחזור מבנה קרקע פיזי לאחר הבצורת | +++ | +++ | ++ | + | - | +++ | +++ | -,+ | - |
| * סה"כ מים (TW, ml) = משקל רטוב קרקע (בקיבולת סיר) – משקל יבש קרקע. תכולת מים נפחית (VWC) = נפח TW/אדמה. | |||||||||
| צפיפות בתפזורת (BD) = משקל יבש אדמה / נפח הקרקע. יציבות משקל הקרקע (SWS) = שינוי ממוצע במשקל רטוב באדמה במשך 4 ימים רצופים (בינוני בקיבולת סיר ללא צמח לאחר ההשקיה האחרונה). | |||||||||
| תכולת לחות כבידתית בקיבולת סיר (SWC); לחישוב, נא עיין בסעיף 7.2. | |||||||||
טבלה 2: מאפיינים כלליים של 9 אמצעי עציצים שונים והתאימות שלהם עם הפלטפורמה הגרבימטרית. המדידות צולמו באמצעות סירים 4-L מלא 3.2 L של בינוני בקיבולת שדה (קיבולת סיר). הנתונים מוצגים כאמצעי ± SE. אותיות שונות בעמודות מצביעות על הבדלים משמעותיים בין המדיה, על פי בדיקת HSD של Tukey(P < 0.05; 3 ≤ n ≤ 5).
| רכיבי תסיסה | ריכוז סופי (עמודים לדקה) | ריכוז סופי (mM) |
| לאנו3 | 195.8 | 2.3 |
| H3PO4 | 209 | 0.000969 |
| קנו3 | 271.4 | 2.685 |
| MGSO4 | 75 | 0.623 |
| ת.ז.נ.ס.ו. 4 | 0.748 | 0.0025 |
| תפריט:4 300 | 0.496 | 0.00198 |
| מו3 | 0.131 | 0.00081 |
| MnSO4 | 3.441 | 0.0154 |
| בורקס (20) | 0.3 | 0.00078 |
| C10H12N2NaFeO8 (פה) | 8.66 | 0.0204 |
| ה-pH של פתרון ההשקיה הסופי מהטפטוף (לאחר דילול עם מי ברז) נע בין 6.5 ל-7. | ||
טבלה 3: רכיבי תסיסה.
Discussion
פער הידע של הגנוטיפ-פנוטיפ משקף את המורכבות של אינטראקציות הסביבה של גנוטיפ x (נבדק עלידי 18,24). ייתכן שניתן לגשר על פער זה באמצעות ברזולוציה גבוהה, HTP-telemetric אבחון ופלטפורמות הקרנה phenotypic שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד ביצועים פיזיולוגיים של צמח שלם וקינטיים קשר מים8,9. המורכבות של אינטראקציות הסביבה של גנוטיפ x הופכת את phenotyping לאתגר, במיוחד לאור כמה מהר צמחים מגיבים לסביבות המשתנות שלהם. למרות שמערכות phenotyping שונות זמינות כיום, רוב המערכות הללו מבוססות על חישה מרחוק וטכניקות הדמיה מתקדמות. למרות שמערכות אלה מספקות מדידות בו-זמניות, במידה מסוימת, המדידות שלהן מוגבלות לתכונות פיזיולוגיות מורפולוגיות ועקיפות25. תכונות פיזיולוגיות חשובות מאוד בהקשר של תגובתיות או רגישות לתנאים סביבתיים26. לכן, מדידות ישירות נלקחות ברציפות ובו זמנית ברזולוציה גבוהה מאוד (למשל, 3 דקות מרווחי זמן) יכול לספק תיאור מדויק מאוד של התנהגות פיזיולוגית של צמח. למרות היתרונות המשמעותיים של המערכת הגרבימטרית, יש לקחת בחשבון גם את העובדה שלמערכת זו יש כמה חסרונות פוטנציאליים. החסרונות העיקריים נובעים מהצורך לעבוד עם סירים ובתנאי חממה, אשר יכולים להציג אתגרים עיקריים עבור טיפול-רגולציה (במיוחד הרגולציה של טיפולי בצורת) וניסיוני-חזרה.
על מנת לטפל בבעיות אלה, יש לתנן את הלחצים המיושם, ליצור מבנה ניסיוני אקראי באמת, למזער את השפעות החשיש ולהשוות התנהגויות דינמיות מרובות של צמחים בתנאים סביבתיים משתנים בתוך פרק זמן קצר. גישת phenotyping תפקוד HTP-טלמטרי המתואר במאמר זה מטפל בנושאים אלה כפי שפורט להלן.
על מנת לתאם את התגובה הדינמית של הצמח לסביבה הדינמית שלו וללכוד תמונה מלאה וגדולה של אינטראקציות מורכבות בין צמחים לסביבה, יש למדוד ללא הרף את התנאים הסביבתיים(איור 4)והן את התגובות הצמחיות(איור 9ב'משלים). שיטה זו מאפשרת מדידה של שינויים פיזיים במדיום השתיקה ובאטמוספרה ברציפות ובו זמנית, לצד תכונות צמח (רצף אדמה-צמח-אטמוספרה, SPAC).
כדי לחזות בצורה הטובה ביותר כיצד צמחים יתנהגו בתחום, חשוב לבצע את תהליך phenotyping בתנאים דומים ככל האפשר לאלה שנמצאו בתחום18. אנו עורכים את הניסויים בחממה בתנאים מבוקרים למחצה כדי לחקות את תנאי השדה ככל האפשר. אחד התנאים החשובים ביותר הוא גדל או עציצים בינוני. בחירת מדיום התעשן המתאים ביותר לניסוי המערכת הגרבימטרית היא קריטית. מומלץ לבחור מדיום קרקע המתנקז במהירות, מאפשר את ההישג המהיר של קיבולת סיר ויש לו קיבולת סיר יציבה מאוד, כמו תכונות אלה לאפשר מדידות מדויקות יותר על ידי המערכת gravimetric. בנוסף, יש לקחת בחשבון גם את הטיפולים השונים שיש ליישם בניסוי. לדוגמה, טיפולים מעורבים מלחים, דשנים או כימיקלים קוראים לשימוש במדיום עציצים אינרטי, רצוי אחד עם קיבולת נמוכה חילופי cation. טיפולי בצורת החלים על מיני צמחים בעלי תדרים נמוכים יפעלו בצורה הטובה ביותר עם מדיית עציצים עם רמות פולקסווגן נמוכות יחסית. לעומת זאת, טיפולי בצורת איטיים החלים על צמחים בעלי תדרות גבוהה יפעלו בצורה הטובה ביותר עם תקשורת עציצים עם רמות פולקסווגן גבוהות יחסית. אם השורשים נדרשים לניתוח שלאחר הניסוי (למשל, מורפולוגיה שורש, משקל יבש, וכו '), השימוש במדיום עם תוכן חומר אורגני נמוך יחסית (כלומר, חול, קרמיקה נקבובי או perlite) יקל על לשטוף את השורשים מבלי לפגוע בהם. לניסויים שיימשכו לתקופות ארוכות יותר, מומלץ להימנע מתוויה עשירה בחומר אורגני, מכיוון שעניין אורגני זה עלול להתפרק עם הזמן. לקבלת מידע מפורט יותר בנושא זה, עיין בטבלה 1 ובטבלה 2.
phenotyping שדה ו phenotyping חממה (טרום שדה) יש מטרות משלהם ודורשים להגדיר ניסיוני שונים. phenotyping טרום שדה מסייע הבחירה של גנוטיפים מועמד מבטיח שיש להם הסתברות גבוהה לעשות טוב בתחום, כדי לעזור להפוך את ניסויי שדה ממוקדים יותר וחסכוני. עם זאת, phenotyping טרום שדה כרוך במספר מגבלות (למשל, אפקטים סיר) שיכול לגרום צמחים לבצע באופן שונה מאשר הם היו בתנאישדה 18,27. גודל סיר קטן, אובדן מים על ידי אידוי וחימום של סולמות lysimeter הם דוגמאות של גורמים בניסויי חממה שעשויים להוביל אפקטיםסיר 18. השיטה המתוארת כאן נועדה למזער תופעות פוטנציאליות אלה באופן הבא:
(א) גודל הסיר נבחר על בסיס הגנוטיפ שיש לבחון. המערכת מסוגלת לתמוך בגדלים שונים של סירים (עד 25 ל') וטיפולי השקיה, המאפשרים בדיקה של כל סוג של צמח יבול.
(ב) הסירים וקשקשי הלימסיטר מבודדים כדי למנוע העברת חום והתחממות של הסירים.
(ג) מערכת זו כוללת מערכת השקיה וניקוז שתוכננה בקפידה.
(ד) יש בקר נפרד לכל סיר, המאפשר אקראיות אמיתית עם השקיה עצמית וטיפולים בפיקוח עצמי.
(ה) התוכנה לוקחת בחשבון את סמנכ"ל ה-VPD המקומי של הצמחים בחישוב ההתנהלות הסטומה החופה. נא עיין בהתליזציה של תחנות VPD מרובות באיור 1J.
מערכת זו כוללת מדידות פיזיולוגיות ישירות בצפיפות צמחים כמו שדה, אשר מבטל את הצורך רווחים גדולים בין הצמחים או העברת הצמחים עבור phenotyping מבוסס תמונה. מערכת זו כוללת ניתוח נתונים בזמן אמת, כמו גם את היכולת לזהות במדויק את נקודת הלחץ הפיזיולוגית (ω) של כל צמח. הדבר מאפשר לחוקר לעקוב אחר הצמחים ולקבל החלטות לגבי אופן עריכת הניסוי וכיצד יש לאסוף דגימות במהלך הניסוי. כיול המשקל הקל והפשוט של המערכת מאפשר כיול יעיל. מערכות בתפוקה גבוהה יוצרות כמויות אדירות של נתונים, המציגים אתגרים נוספים לטיפול בנתוניםואנליטיים 11,12. הניתוח בזמן אמת של הביג דאטה המוזן ישירות לתוכנה מהבקר הוא צעד חשוב בתרגום נתוניםלידע 14 בעל ערך רב לקבלת החלטות מעשיות.
שיטת phenotyping פיזיולוגית HTP-telemetric זה עשוי להיות מועיל לביצוע ניסויי חממה בתנאים קרובים לשדה. המערכת מסוגלת למדוד ולחשב באופן ישיר תגובות פיזיולוגיות הקשורות למים של צמחים לסביבה הדינמית שלהם, תוך התגברות יעילה על רוב הבעיות הקשורות לאפקט הסיר. היכולות של מערכת זו חשובות מאוד בשלב phenotyping טרום שדה, כפי שהם מציעים את האפשרות לחזות עונשים תשואה בשלבים מוקדמים של צמיחת הצמח.
Disclosures
לסופרים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר המשותפת ISF-NSFC (מענק מס' 2436/18) ונתמך גם על ידי משרד החקלאות והפיתוח הכפרי (יוג'ין קנדל) כחלק משורש העניין – מרכז הידע של אזור השורש למינוף החקלאות המודרנית.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Atmospheric Probes | SpectrumTech/Meter group | 3686WD | Watchdog 2475 |
| 40027 | VP4 | ||
| Array Randomizer | None | The software "Array Randomizer" can be used for creating an experimental design of a randomized block design, or fully random design. It was developed to have better control over the random distribution of the experimental samples (plants) in order to normalize the atmospheric microvariation inside the greenhouse. | |
| Free download and more information, please click on the following link: https://drive.google.com/open?id=1y4QbTpxRK5Lx430xzu1RFdrlcL8pz_1q | |||
| Cavity trays | Danish size with curved rim for nursery | 30162 | 4X4X7 Cell, 84 cell per tray https://desch.nl/en/products/seed_propagation_trays/danish-size-with-curved-rim-for-nursery~p92 |
| Coarse sand | Negev Industrial Minerals Ltd., Israel | ||
| Compost | Tuff Marom Golan, Israel | ||
| Data Analysis software | Plant-Ditech Ltd., Israel | SPAC Analytics | |
| Drippers | Netafim | 21500-001520 | PCJ 8L/h |
| Fine sand | Negev Industrial Minerals Ltd., Israel | ||
| Loamy soil (natural soil) | |||
| Nylon mesh | Not relevant (generic products) | ||
| Operating software | Plant-Ditech Ltd., Israel | Plantarray Feedback Control (PFC) | |
| Peat-based soil | Klasmann-Deilmann GmbH, Germany | ||
| Perlite | Agrekal , Israel | ||
| Plantarray 3.0 system | Plant-Ditech Ltd., Israel | SCA400s | Weighing lysimeters |
| PLA300S | Planter unit container | ||
| CON100 | Control unit | ||
| part of the planter set | Fiberglass stick | ||
| part of the planter set | Gasket ring | ||
| Operating software | |||
| SPAC Analytics software | |||
| Porous, ceramic, mixed-sized medium | Greens Grade, PROFILE Products LLC., USA | ||
| Porous, ceramic, small-sized medium | Greens Grade, PROFILE Products LLC., USA | ||
| Pots | Not relevant (generic products) | ||
| Soil | Bental 11 by Tuff Marom Golan | ||
| Soil Probes | Meter group | 40567 | 5TE |
| 40636 | 5TM | ||
| 40478 | GS3 | ||
| Vermiculite | Agrekal , Israel |
References
- Ray, D. K., Mueller, N. D., West, P. C., Foley, J. A. Yield Trends Are Insufficient to Double Global Crop Production by 2050. PLoS One. 8, 66428 (2013).
- Food and Agriculture Organization of the United Nations. The future of food and agriculture: Trends and challenges. , Rome. (2017).
- Dhankher, O. P., Foyer, C. H. Climate resilient crops for improving global food security and safety. Plant, Cell & Environment. 41, 877-884 (2018).
- Chen, D., et al. Dissecting the phenotypic components of crop plant growthand drought responses based on high-throughput image analysis w open. Plant Cell. 26, 4636-4655 (2014).
- Ubbens, J. R., Stavness, I. Deep Plant Phenomics: A Deep Learning Platform for Complex Plant Phenotyping Tasks. Frontiers in Plant Science. , (2017).
- Danzi, D., et al. Can High Throughput Phenotyping Help Food Security in the Mediterranean Area. Frontiers in Plant Science. , (2019).
- Miflin, B. Crop improvement in the 21st century. Journal of Experimental Botany. 51, 1-8 (2000).
- Dalal, A., et al. Dynamic Physiological Phenotyping of Drought-Stressed Pepper Plants Treated With "Productivity-Enhancing" and "Survivability-Enhancing" Biostimulants. Frontiers in Plant Science. , (2019).
- Moshelion, M., Altman, A. Current challenges and future perspectives of plant and agricultural biotechnology. Trends in Biotechnology. 33, 337-342 (2015).
- Singh, A., Ganapathysubramanian, B., Singh, A. K., Sarkar, S. Machine Learning for High-Throughput Stress Phenotyping in Plants. Trends in Plant Science. 21, 110-124 (2016).
- Houle, D., Govindaraju, D. R., Omholt, S. Phenomics: The next challenge. Nature Reviews Genetics. 11, 855-866 (2010).
- Fiorani, F., Schurr, U. Future Scenarios for Plant Phenotyping. Annual Review of Plant Biology. 64, 267-291 (2013).
- Tardieu, F., Cabrera-Bosquet, L., Pridmore, T., Bennett, M. Plant Phenomics, From Sensors to Knowledge. Current Biology. 27, 770-783 (2017).
- Negin, B., Moshelion, M. The advantages of functional phenotyping in pre-field screening for drought-tolerant crops. Functional Plant Biology. , (2017).
- Gebremedhin, A., Badenhorst, P. E., Wang, J., Spangenberg, G. C., Smith, K. F. Prospects for measurement of dry matter yield in forage breeding programs using sensor technologies. Agronomy. 9, 65 (2019).
- Roitsch, T., et al. New sensors and data-driven approaches-A path to next generation phenomics. Plant Science. 282, 2-10 (2019).
- Li, L., Zhang, Q., Huang, D. A review of imaging techniques for plant phenotyping. Sensors (Switzerland). 14, 20078-20111 (2014).
- Gosa, S. C., Lupo, Y., Moshelion, M. Quantitative and comparative analysis of whole-plant performance for functional physiological traits phenotyping: New tools to support pre-breeding and plant stress physiology studies. Plant Science. 282, 49-59 (2019).
- Araus, J. L., Cairns, J. E. Field high-throughput phenotyping: the new crop breeding frontier. Trends in Plant Science. 19, 52-61 (2014).
- Ito, V. C., Lacerda, L. G. Black rice (Oryza sativa L.): A review of its historical aspects, chemical composition, nutritional and functional properties, and applications and processing technologies. Food Chemistry. 301, 125304 (2019).
- Anjum, S. A., et al. physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research. , (2011).
- Halperin, O., Gebremedhin, A., Wallach, R., Moshelion, M. High-throughput physiological phenotyping and screening system for the characterization of plant-environment interactions. The Plant Journal. 89, 839-850 (2017).
- Yaaran, A., Negin, B., Moshelion, M. Role of guard-cell ABA in determining steady-state stomatal aperture and prompt vapor-pressure-deficit response. Plant Science. 281, 31-40 (2019).
- Dalal, A., Attia, Z., Moshelion, M. To produce or to survive: how plastic is your crop stress physiology. Frontiers in Plant Science. 8, 2067 (2017).
- Araus, J. L., Kefauver, S. C., Zaman-Allah, M., Olsen, M. S., Cairns, J. E. Translating High-Throughput Phenotyping into Genetic Gain. Trends in Plant Science. 23, 451-466 (2018).
- Ghanem, M. E., Marrou, H., Sinclair, T. R. Physiological phenotyping of plants for crop improvement. Trends in Plant Science. 20, 139-144 (2015).
- Sinclair, T. R., et al. Pot binding as a variable confounding plant phenotype: theoretical derivation and experimental observations. Planta. 245, 729-735 (2017).
